一种多通道钢弦式传感器的动态信号测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多通道钢弦式传感器的动态信号测量装置，涉及工程检测技术领域，解决现有检测响应速度低、时漂、温漂较大、易受外界因素的影响的技术问题，本发明专利技术首先通过硬件电路对输入信号进行放大、带通滤波，而后以10Khz的抽样频率采集4096个离散的电压信号，即在0.4096秒内采集所需的4096个数据点FFT_INPUT[4096]；将采集的模拟信号进行AD变换转化成数字信号，并通过ARM

【技术实现步骤摘要】
一种多通道钢弦式传感器的动态信号测量装置


[0001]本专利技术涉及工程检测
，更具体的是涉及一种多通道钢弦式传感器的动态信号测量装置，用于桥梁、公路、大坝、建筑等工程结构的应力、应变、压力、微裂缝等参数的动态测量。

技术介绍

[0002]钢弦式传感器的精度、灵敏度高，长期稳定性好，抗干扰能力强，便于自动化测量等优点广泛应用于各类结构安全监测项目中。但是传统钢弦式应变采集均是响应速度低的静态采集，不能对结构的变化做出快速准确的动态的监测。而电阻应变片虽然能做到快速采集，但由于胶粘的安装方式的局限，易随着时间和环境影响，材料和性能的不稳定，时漂、温漂较大；还易受到外部振动、电场、磁场等的影响而变化，不适合长期监测。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于：为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种多通道钢弦式传感器的动态信号测量装置，本专利技术为振弦式传感器专用处理设备，以数字形式对钢弦式传感器的固有频率信号进行采集、变换、滤波、增强等处理，实现快速动态自动采集得到所需要的信号形式，为工程施工及运行管理者提供工程现状和安全相关的数据支持和判断依据。
[0004]本专利技术采用的技术方案如下：一种多通道钢弦式传感器的动态信号测量装置，包括相互连接的双向双通道单刀双掷模拟开关电路、三级放大电路、第四级反馈型智能动态放大电路，以及修正频率值算法，所述双向双通道单刀双掷模拟开关电路，可根据现场需求配置各通道的参数，如采集开关、放大倍数、激振强度，可以实现对不同场景、不同类型钢弦式传感器的专有配置以达到最佳检测效果；所述三级放大电路将钢弦式传感器输出在300uv～1mV之间的信号通过多级放大来实现上万倍的高增益放大；所述第四级反馈型智能动态放大电路具有反馈型智能算法动态放大调控机制，对不同类型钢弦式传感器能自适应匹配最佳放大倍数；所述修正频率值算法能对钢弦式传感器的固有频率进行精准动态地测量和校正，在频率变化的瞬间就能快速检测并计算变化数值。
[0005]所述双向双通道单刀双掷模拟开关电路包括两个TS5A22362DGSR芯片U49和U65，以及1个OPA2188芯片U44，U49和U65有10个引脚；U49的引脚1并联电容C143和VCC，其中C143再串联到数字地；U49的引脚2、引脚5连接主控MCU的通用IO口，U49的引脚3并联二极管Z20和钢弦式传感器接口CH7的引脚4，U49的引脚9并联二极管Z19和钢弦式传感器接口CH7的引脚3，钢弦式传感器接口CH7的引脚2与三级放大电路连接，钢弦式传感器接口CH7的引脚1接地，U49的引脚4连接U65的引脚3和引脚10，U49的引脚6连接地GND，U49的引脚8连接电阻R265再串联到电源VCC，U49的引脚10连接U65的引脚9；
[0006]U65的引脚1连接电容C133和电源VCC；引脚2连接电容C134再连接到模拟地,引脚4并联连接电阻R243和电阻R244，后连接到模拟地，引脚5、引脚7、引脚8连接主控MCU的通用IO口，引脚6连接地GND，引脚9连接到U49的引脚10，引脚10连接到U49的引脚4，通过主控MCU
的通用IO口控制两个双向双通道单刀双掷模拟开关完成不同通道和功能的切换；
[0007]U44有5个引脚，引脚3并联U49的引脚4、U65的引脚3和引脚10，引脚1和引脚2串联电阻R241和接地的电容C131后与第四级反馈型智能动态放大电路连接，引脚4串联接地的电容C132与电源电压
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5V连接，引脚8串联接地的电容C130与电源电压+5V连接。
[0008]简单来说，本专利技术在于电路上通过多个双向双掷模拟开关的组合设计简化接口，能够通过一个4Pin接口即可实现对传感器包括频率、编码、标定参数、温度等的采集。采用的TS5A22362是TI的一款双向，双通道单刀双掷(SPDT)模拟开关。该器件支持负信号摆幅，不易失真，该器件同时拥有低导通电阻，出色的通道间导通状态电阻匹配以及最小总谐波失真(THD)性能。每个通道均需要三个TS5A22362协同实现功能。
[0009]所述三级放大电路包括INA128芯片U46和OPA2188芯片U47，U46有8个引脚，U46的引脚1和引脚8连接电阻R245的两端，U46的引脚2和引脚5连接地，U46的引脚3并联电阻R261和二极管D7，电阻R261再串联到钢弦传感器的输入端INx，U46的引脚4和引脚7分别连接
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5V和+5v；U46引脚6为此第一级放大的输出端，连接电阻R252；
[0010]U47由U47A和U47B连接组成，共有8个引脚，U47A的引脚1为此第三级放大的输出端连接第四级反馈型智能动态放大电路，并并联连接电阻R250、R259和电容C139，U47A的引脚2连接电阻R250和电容C141，U47A的引脚3连接地AGND，U47A的引脚4连接
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5V和接地的电容C135，U47A的引脚8连接
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5V，并与并联连接有电阻R260和电阻R259的电容C144连接，U47B的引脚5连接地AGND，U47B的引脚6并联电阻R249和电容C140，电容C140串联电阻R249、电容C138后与电阻R252连接，U47B的引脚7并联电阻R255、电阻R257、电阻R249和电容C138，其中，电阻R257串联电阻R258，电容C138，电阻R255并联电阻R260、电容C141、电容C139。
[0011]所述第四级反馈型智能动态放大电路包括LTC6910芯片U8和TS5A22362芯片U50，U8有8个引脚，U8的引脚1串联电容R280和ADS芯片输入端AINx P，U8的引脚2并联电容C162和电阻R292后模拟接地AGND，U8的引脚3串联模拟接地的电容C158、电阻R279和U50的引脚9相连，U8的引脚4并联电阻R274和电容C153，其中，电阻R274的另一端连接
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5V，电容C153的另一端模拟接地AGND，并与C152并联，U8的引脚5、6、7连接主控芯片的通用IO口，U8的引脚8并联电阻R273和电容C152，其中，电阻R273的另一端连接+5V；U50的引脚1并联+5V和电容C147，其中，电容C14的另一端连接模拟接地AGND，U50的引脚6连接模拟接地AGND，U50的引脚7连接主控MCU的通用IO口，U50的引脚8连接三级放大电路的CHx_F，U50的引脚10连接双向双通道单刀双掷模拟开关的CHx_V。
[0012]简单来说，本专利技术通过多级放大来实现将传感器输出的微弱信号进行上万倍的高增益放大，如图5所示为前三级放大电路，图6所示为第四级反馈型智能动态放大电路；其机理为：通过G0、G1、G2三个可控接口，可在前三级放大的基础上将信号再次放大0、1、2、5、10、20、50、100倍，本专利技术能根据输入信号的幅值及第四级放大后的信号反馈能够智能调控第四级的放大倍数，确保不同类型传感器在第四级放大能匹配到最佳倍数。如第一通道接入应变计第四级放大倍数为10即可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多通道钢弦式传感器的动态信号测量装置，包括相互连接的双向双通道单刀双掷模拟开关电路、三级放大电路、第四级反馈型智能动态放大电路，以及修正频率值算法，其特征在于，所述双向双通道单刀双掷模拟开关电路，可根据现场需求配置各通道的参数，如采集开关、放大倍数、激振强度，可以实现对不同场景、不同类型钢弦式传感器的专有配置以达到最佳检测效果；所述三级放大电路将钢弦式传感器输出在300uv～1mV之间的信号通过多级放大来实现上万倍的高增益放大；所述第四级反馈型智能动态放大电路具有反馈型智能算法动态放大调控机制，对不同类型钢弦式传感器能自适应匹配最佳放大倍数；所述修正频率值算法能对钢弦式传感器的固有频率进行精准动态地测量和校正，在频率变化的瞬间就能快速检测并计算变化数值。2.根据权利要求1所述的一种多通道钢弦式传感器的动态信号测量装置，其特征在于，所述双向双通道单刀双掷模拟开关电路包括两个TS5A22362DGSR芯片U49和U65，以及1个OPA2188芯片U44，U49和U65有10个引脚；U49的引脚1并联电容C143和VCC，其中C143再串联到数字地；U49的引脚2、引脚5连接主控MCU的通用IO口，U49的引脚3并联二极管Z20和钢弦式传感器接口CH7的引脚4，U49的引脚9并联二极管Z19和钢弦式传感器接口CH7的引脚3，钢弦式传感器接口CH7的引脚2与三级放大电路连接，钢弦式传感器接口CH7的引脚1接地，U49的引脚4连接U65的引脚3和引脚10，U49的引脚6连接地GND，U49的引脚8连接电阻R265再串联到电源VCC，U49的引脚10连接U65的引脚9；U65的引脚1连接电容C133和电源VCC；引脚2连接电容C134再连接到模拟地,引脚4并联连接电阻R243和电阻R244，后连接到模拟地，引脚5、引脚7、引脚8连接主控MCU的通用IO口，引脚6连接地GND，引脚9连接到U49的引脚10，引脚10连接到U49的引脚4，通过主控MCU的通用IO口控制两个双向双通道单刀双掷模拟开关完成不同通道和功能的切换；U44有5个引脚，引脚3并联U49的引脚4、U65的引脚3和引脚10，引脚1和引脚2串联电阻R241和接地的电容C131后与第四级反馈型智能动态放大电路连接，引脚4串联接地的电容C132与电源电压
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5V连接，引脚8串联接地的电容C130与电源电压+5V连接。3.根据权利要求1所述的一种多通道钢弦式传感器的动态信号测量装置，其特征在于，所述三级放大电路包括INA128芯片U46和OPA2188芯片U47，U46有8个引脚，U46的引脚1和引脚8连接电阻R245的两端，U46的引脚2和引脚5连接地，U46的引脚3并联电阻R261和二极管D7，电阻R261再串联到钢弦传感器的输入端INx，U46的引脚4和引脚7分别连接
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5V和+5v；U46引脚6为此第一级放大的输出端，连接电阻R252；U47由U47A和U47B连接组成，共有8个引脚，U47A的引脚1为此第三级放大的输出端连接第四级反馈型智能动态放大电路，并并联连接电阻R250、R259和电容C139，U47A的引脚2连接电阻R250和电容C141，U47A的引脚3连接地AGND，U47A的引脚4连接
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5V和接地的电容C135，U47A的引脚8连接
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5V，并与并联连接有电阻R260和电阻R259的电容C144连接，U47B的引脚5连接地AGND，U47B的引脚6并联电阻R249和电容C140，电容C140串联电阻R249、电容C138后与电阻R252连接，U47B的引脚7并联电阻R255、电阻R257、电阻R249和电容C138，其中，电阻R257串联电阻R258，电容C138，电阻R255并联电阻R260、电容C141、电容C139。4.根据权利要求1所述的一种多通道钢弦式传感器的动态信号测量装置，其特征在于，所述第四级反馈型智能动态放大电路包括LTC6910芯片U8和TS5A22362芯片U50，U8有8个引脚，U8的引脚1串联电容R280和ADS芯片输入端AINx P，U8的引脚2并联电容C162和电阻R292
后模拟接地AGND，U8的引脚3串联模拟接地的电容C158、电阻R279和U50的引脚9相连，U8的引脚4并联电阻R274和电容C153，其中，电阻R274的另一端连接
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5V，电容C153的另一端模拟接地AGND，并与C152并联，U8的引脚5、6、7连接主控芯片的通用IO口，U8的引脚8并联电阻R273和电容C152，其中，电阻R273的另一端连接+5V；U50的引脚1并联+5V和电容C147，其中，电容C14的另一端连接模拟接地AGND，U50的引脚6连接模拟接地AGND，U50的引脚7连接主控MCU的通用IO口...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文锦，刘一帆，邓思，杨志刚，廖玲，曹龙，张鹏，
申请(专利权)人：长沙金码测控科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：